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リン脂質の非対称分布の分子機構と生理機能の解明

研究課題

研究課題/領域番号 21H02682
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分48040:医化学関連
研究機関東京医科歯科大学

研究代表者

瀬川 勝盛  東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 教授 (20542971)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2023年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2022年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2021年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
キーワード細胞膜 / リン脂質移層分子 / 膜タンパク質 / 小胞体 / リン脂質 / フリッパーゼ / 非対称性 / 非対称分布
研究開始時の研究の概要

本研究の目的は、細胞膜のPSとPCの非対称分布を樹立・維持する分子を同定すること、P4-ATPaseファミリーメンバーの基質を同定することである。同定した分子や基質不明のP4-ATPaseファミリーメンバーの生命機能を分子レベルから個体レベルまで系統立てて理解する。

研究実績の概要

フリッパーゼであるATP8A1とATP11BをATP11A-ATP11C二重欠損細胞の遺伝背景において欠損させ(四重欠損細胞)、定常状態で細胞膜のホスファチジルセリン(PS)が露出するかを確認した。その結果、既知のPSフリッパーゼをすべて失ったフリッパーゼ四重欠損細胞は、依然として細胞膜のPSの非対称分布を樹立することが明らかとなった。本年度では、この四重フリッパーゼ欠損細胞株を用いて、Genome-wide CRISPR/Cas9法を用いた機能スクリーニングを行った。具体的に、四重欠損細胞に、約21000の遺伝子を標的にしたCRISPR/Cas9 sgRNAライブラリーを組み込んだウイルスを感染させ、各種遺伝子を破壊する。次いで、定常状態においてPSの非対称性が崩壊し、PSを表面に露出した変異細胞をセルソーターで分取し、どの遺伝子が欠損しているかを明らかにした。四重フリッパーゼ欠損細胞を用いた上述のスクリーニングの結果、候補分子の同定(PS regulator: PSReg)に成功した。本年度は、PSRegの解析を中心に行なった。その結果、PSRegが小胞体に存在すること、複数の分子からなる複合体を形成していることを見出した。PSRegがどのように細胞膜PSの分布を制御するのかその分子機構をさらに明らかにしていくことを目指す。さらに、前年度に同定できたホスファチジルコリン制御分子(PC regulator: PCReg)の解析も行なった。その結果、PCRegが細胞膜に局在すること、PSRegのような複数の分子からなる複合体を形成していないことが見出された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

前年度に同定した分子(PSReg, PCReg)の細胞内局在、複合体の解析に成功した。これらの分子を欠損した細胞の細胞膜のリン脂質の分布や移層活性を定量した。また、PCRegの遺伝子欠損マウスの樹立、PCRegの抗体や大量精製の系の樹立にも成功した。概ね順調に進んでいる。

今後の研究の推進方策

PSRegとPCregがどのように細胞膜リン脂質の分布を制御しているのか、その分子機構を解明することを目指す。本年度には、同定した分子の発現、精製系を樹立することに成功した。今後は、精製分子を用いて構造を決定すること、リン脂質の移層活性を精製タンパク質を用いて検出すること、遺伝子欠損マウスの表現型を解析すること、遺伝子欠損細胞のリピドミクス解析とプロテオミクス解析、遺伝子発現解析をおこなうことでその生理作用を明らかにすることを目指す。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件) 図書 (1件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件) (うち外国 1件)

  • [雑誌論文] Protocol to analyze lipid asymmetry in the plasma membrane2022

    • 著者名/発表者名
      Miyata Yugo、Segawa Katsumori
    • 雑誌名

      STAR Protocols

      巻: 3 号: 4 ページ: 101870-101870

    • DOI

      10.1016/j.xpro.2022.101870

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Two types of type IV P-type ATPases independently re-establish the asymmetrical distribution of phosphatidylserine in plasma membranes2022

    • 著者名/発表者名
      Miyata Yugo、Yamada Kyoko、Nagata Shigekazu、Segawa Katsumori
    • 雑誌名

      Journal of Biological Chemistry

      巻: 298 号: 11 ページ: 102527-102527

    • DOI

      10.1016/j.jbc.2022.102527

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Inefficient development of syncytiotrophoblasts in the Atp11a-deficient mouse placenta.2022

    • 著者名/発表者名
      Ochiai Yuki、Suzuki Chigure、Segawa Katsumori、Uchiyama Yasuo、Nagata Shigekazu
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 119 号: 18

    • DOI

      10.1073/pnas.2200582119

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Requirement of Xk and Vps13a for the P2X7-mediated phospholipid scrambling and cell lysis in mouse T cells2022

    • 著者名/発表者名
      Ryoden Yuta、Segawa Katsumori、Nagata Shigekazu
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 119 号: 7

    • DOI

      10.1073/pnas.2119286119

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A sublethal ATP11A mutation associated with neurological deterioration causes aberrant phosphatidylcholine flipping in plasma membranes2021

    • 著者名/発表者名
      Segawa Katsumori、21人、Nagata Shigekazu
    • 雑誌名

      Journal of Clinical Investigation

      巻: 131 号: 18 ページ: 1-17

    • DOI

      10.1172/jci148005

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Physiology & Pathology of plasma membrane flippases2021

    • 著者名/発表者名
      Katsumori Segawa
    • 学会等名
      トランスオミクス医学研究拠点ネットワーク事業 KEY FORUM 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Asymmetry & vulnerability of the plasma membrane2021

    • 著者名/発表者名
      Katsumori Segawa
    • 学会等名
      MBSJ2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] ホスファチジルセリンと死細胞の認識2021

    • 著者名/発表者名
      瀬川勝盛
    • 総ページ数
      4
    • 出版者
      北隆館
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] ヒト神経障害の原因となるフリッパーゼの点変異は、細胞膜に異常をもたらす

    • URL

      http://www.ifrec.osaka-u.ac.jp/jpn/research/20210819-0216.htm

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [産業財産権] EXPRESSION REGULATOR OF P2X7 RECEPTOR2021

    • 発明者名
      Nagata S, Ryoden Y, Segawa K
    • 権利者名
      Nagata S, Ryoden Y, Segawa K
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 外国

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2023-12-25  

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